华北地台寒武纪中期馒头组一类特殊的三叶虫新属种——耳形范特西虫

耳形范特西虫（Phantaspis auritus）复原图（霍秀泉绘）

耳形范特西虫（Phantaspis auritus）的较完整背壳（左）及头盖标本（右）

耳形范特西虫（Phantaspis auritus）的背壳重建及个体发育
（神秘的地球uux.cn报道）据中国科学院南京地质古生物研究所：三叶虫在寒武纪达到了其分类多样性的最高峰，但相比较而言，地台寒武纪早中期的纪中三叶虫缺乏群落与生态分异，展现出较“保守”的期馒形态面貌。尽管寒武纪被称为“三叶虫的头组特西时代”，但直到奥陶纪中晚期，类特三叶虫才随着生态范围的叶虫大幅扩张而达到形态分异度的巅峰。
褶颊虫类（ptychopariids）是新属形范寒武纪中期最繁盛的三叶虫类群，也是种耳众所周知的“保守”类群，其大同小异的华北寒武形态困扰了许多三叶虫学者。相比较尾部，地台头部在三叶虫演化过程中更为保守，纪中因此在寒武纪早中期的期馒褶颊虫类中，头部特化的头组特西例子极为稀缺。而在这些屈指可数的类特例子中，褶颊虫类头部特化的展现方式也非常单调，主要以头盖的前边缘加厚并伸出一根或数根长刺为特征。
近期，中国科学院南京地质古生物研究所寒武纪大爆发研究团队的孙智新硕士研究生、曾晗博士和赵方臣研究员，系统研究了华北地台寒武纪中期馒头组的一类特殊的三叶虫，为探究寒武纪三叶虫头壳形态特化提供了非常重要的例子。由于此类三叶虫不同寻常的头部轮廓，这一新属种被命名为“耳形范特西虫”（Phantaspis auritus）。相关研究被作为“编辑推荐”文章发表在经典古生物学期刊《波兰古生物学报》（Acta Palaeontologica Polonica）上。
范特西虫具有一个狭长的头部，其长度接近背壳总长度的一半；鞍前区向前夸张的延长，中部有一个明显的凹口，使得头盖前部形似一对“兔子耳朵”；由于特殊的头盖形态，活动颊也特化成侧边缘平直的砍刀状。这些特征及其特殊的眼脊和头鞍特征，使范特西虫明显不同于同时期的任何其他三叶虫属，成为寒武纪三叶虫家族的又一新成员，同时也成为褶颊虫家族中罕见的头部特化类群；值得注意的是，这个新物种也为寒武纪中期三叶虫的头部特化提供了一个独特的例子。
范特西虫的鞍前区特化代表了一种新的三叶虫头部特化方式，此方式不但不同于同时期其他三叶虫的前边缘特化，而且在整个三叶虫演化历史中也未再重复出现。这表明，除了普遍存在于寒武纪之后（post-Cambrian）的形态特化类型外，寒武纪三叶虫还可能演化出了其他不同的适应性特化类型。
尽管许多三叶虫的头部特化都与其挖掘沉积物的生活习性相联系，但范特西虫的特征却并不完全吻合。由于一般用于加固头盖的前边缘结构在范特西虫中已经退化，而且不规则形状的力学性质也并不比半圆形更稳固，这表明范特西虫特化的头盖并不坚固。并且与同层的其他三叶虫相比，大部分范特西虫头盖化石的前部已经破损折断，也进一步印证其头盖的坚固程度甚至不如正常三叶虫的半圆形头盖的认识。因此范特西虫独特的外形可能与捕食、迷惑天敌等其他因素有关。除此之外，通过个体发育标本发现，范特西虫发展和稳定的头部轮廓与其成年期初期较为吻合，这也暗示了这种特化可能也与性选择有关系，而非仅仅受生活策略的影响。
本研究得到了中国科学院战略性先导科技专项（B类）、国家自然科学基金和现代古生物学和地层学国家重点实验室项目共同资助。
论文信息：Sun, Z.X., Zeng, H., Zhao, F.C.*, 2020. A new middle Cambrian trilobite with a specialized cephalon from Shandong Province, North China. Acta Palaeontologica Polonica, 65. DOI: https://doi.org/10.4202/app.00753.2020.
相关报道：只因一对“兔耳朵”，这种三叶虫踏入进化“死胡同”
（神秘的地球uux.cn报道）据科技日报：它们与其它三叶虫生活在一起，但是却特立独行；它们生活在海底，却长着“一对长长的兔耳朵”；它们存在的时间很短暂，却为三叶虫演化史书写了惊叹的一笔……科技日报记者11月23日从中国科学院南京地质古生物研究所获悉，该所寒武纪大爆发研究团队的硕士研究生孙智新、博士曾晗和研究员赵方臣，在位于山东潍坊的华北地台寒武纪中期馒头组地层中，发现一类独特的三叶虫。
由于该三叶虫具有特殊的头部轮廓，酷似一对兔耳朵，因此被命名为“耳形范特西虫”。
“这个发现是出人意料的，它长得太奇怪、太令人惊叹了。”孙智新告记者，耳形范特西虫的“大耳朵”究竟是一种生活策略，还是走进了生物演化的“死胡同”，需要更多的证据进行研究，但是不管怎么说，它都为探究寒武纪三叶虫头壳形态特化提供了重要案例。
因循守旧的“怪脾气”让人猜不透
三叶虫是一种奇特的远古动物，半圆形的头部、纹理分明的肋叶，让它们看起来就像戴着头盔的武士。
它们是寒武纪的霸主，有科学家把寒武纪称为“三叶虫的时代”。从距今5.2亿年前的寒武纪早期开始登场，到2.4亿年前的二叠纪完全灭绝，三叶虫前后在地球上生存了3.2亿多年，可见它的生命力极强。
在漫长的时间长河中，它们演化出繁多的种类，有的长达70厘米，有的只有2毫米。但是在寒武纪早中期的数千万年里，很多三叶虫却是因循守旧的“保守派”，老祖宗传给它们的形态基本没什么改变。
“三叶虫在寒武纪达到了其分类多样性的最高峰，但是这一时期成百上千个种属之间比较相似。一直到了奥陶纪中晚期，三叶虫才达到形态分异度的巅峰。”孙智新说，这种演化方式，让人着实猜不透三叶虫的“怪脾气”。
比如，寒武纪早中期多节类三叶虫“三大门派”之一的褶颊虫类，就是形态“保守”的代表。极盛时期，它曾经占据整个三叶虫家族多样性的半壁江山，前后延续数千万年，但是它们的形态往往大同小异，尤其是它们的头部在演化过程中更加保守，这也让科研人员为其演化历史所困扰。
“过去，也曾发现头部特化的褶颊虫类，但是仅限于在头盖边缘加厚并伸出一根或数根长刺，而且这样的例子也是屈指可数。”孙智新说道，这或许与寒武纪三叶虫缺乏群落与生态环境分异有很大的关系。
作为寒武纪生命大爆发中“跑在最前面”的物种，三叶虫刚出现时，周围并没有那么多竞争者，它们大多也聚集在浅海生活。但到了奥陶纪，竞争和掠食者逐渐增多，为了适应环境，三叶虫进入深海“跑马圈地”，因此有一些三叶虫进化出不同的眼睛位置、更硬的外骨骼以及必要的生存技能，这些适应能力让三叶虫在竞争日益激烈的海底世界显得更加游刃有余。
“兔耳朵”或为迷惑天敌及捕食
2018年，孙智新与导师赵方臣研究员等一行来到山东潍坊，这里有一处地层剖面，属于华北地台寒武纪中期馒头组，是研究三叶虫及其生态环境的优良地层，他们在此已发掘研究多年。
没想到，这一次挖掘却有意想不到的发现。“我们首先是发现了一些奇怪的三叶虫幼虫头部，看起来像个‘马鞍’，而它们的周围大多是传统的三叶虫，头部是半圆形。”孙智新说道。
这些奇特三叶虫数量并不多，而且化石显得支离破碎。2019年5月，他们找到一枚完整的成虫化石，直到这时，耳形范特西虫才现出真容。
耳形范特西虫的头部狭长，其长度接近背壳总长度的一半；鞍前区向前延长，中部有一个凹口，使头盖前部形似一对“兔子耳朵”；由于特殊的头盖形态，活动颊特化成侧边缘平直的砍刀状。
这些特征及其特殊的眼脊和头鞍特征，使耳形范特西虫不同于同时期的其他三叶虫属，成为寒武纪三叶虫家族的又一新成员，也成为褶颊虫家族中罕见的头部特化类群。
孙智新表示，和同层的其他三叶虫相比，大部分范特西虫头盖化石的前部已破损折断，这说明与正常三叶虫的半圆形头盖相比，耳形范特西虫“异型”的头盖可能更加脆弱。因此，耳形范特西虫独特的外形可能与捕食、迷惑天敌等其他因素有关。
“生命演化史已证明，许多高度特化的类群在环境变化面前抗逆性较弱，耳形范特西虫的头部长成这个样子，或许是三叶虫在演化中走出的‘勇敢一步’，但也有可能是不太成功的一步。”孙智新说，他们总共发现了50枚耳形范特西虫化石，与同地层其它三叶虫相比，数量很少，而且该地层属于快速沉积地层，说明耳形范特西虫存在的时间并不长。在此之后，再也没有其它三叶虫长出这样的“兔耳朵”来，特立独行成为生命的绝唱。

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